[发明专利]全息成像装置及方法和全息显微系统及方法

说明书

技术领域

本公开涉及成像技术领域，特别涉及一种全息成像装置及方法和全息显微系统及方法。

背景技术

光学显微技术的一个重要应用是细胞观测，其中细胞是生命体的最基本的组成结构和最小的基本功能单元，细胞观测是生物学和医学的一种基本手段。然而，采用普通的光学显微技术难以实现细胞生长过程中的实时的清晰成像以及微观结构和动力学特征的研究，同时其对应的光学系统的体积和成本也对其广泛应用构成了限制。

例如，相位对比显微(PCM)、微分干涉对比显微(DICM)、霍夫曼调制对比显微(HMCM)三种相位对比显微技术通过不同的干涉技术将样品的相位差转换成强度差，以增强样品图像的对比度，实现对生物细胞等透明样品的可视化。其成像速度快，且普遍用于生物细胞相位显微检测中。然而，这些技术的相位与振幅的转换都是非线性的，因此在成像时只能增加定性的显示对比度，且样品的物理厚度和折射率系数决定的相位特性不能由这些图像量化出来。同时，这些方法都要求复杂的光学设计，同样有体积和成本的要求。

数字全息显微(DHM)技术不直接记录被观测物体的图像，而是记录含有被观测物体的波前信息的全息图，再通过计算机对所记录的全息图进行数值重建来得到被观测物体的相位和振幅(光强)信息，进而完成数字三维重构。相比于上述普通的光学显微技术，采用DHM技术的光学系统的体积可以进一步小型化。因此，存在着不断提高采用DHM技术的全息成像装置和全息显微系统的性能的需求。

发明内容

本部分提供的概要是为了以简化形式介绍后面在具体实施方式部分进一步描述的概念的一部分。其并非意在确定本公开的主题的关键特征，也并非意在限制本公开的主题的范围。

根据本公开的第一方面，提供了一种全息成像装置，包括：设有微孔的微孔部件，用于对发光二极管光源发出的光束进行整形和滤波，所述发光二极管光源被内置在所述全息成像装置中或者设置在外部的手持终端中；反射部件，用于反射经整形和滤波的光束以使其入射到待成像物体上；承载部件，用于承载所述待成像物体；以及图像传感模块，用于记录由透过所述待成像物体的透射光束和绕过所述待成像物体的衍射光束干涉形成的全息图。

根据本公开的第二方面，所述微孔的孔径大小是可调节的。

根据本公开的第三方面，所述全息成像装置还包括：旋转驱动模块，用于驱动所述反射部件旋转以改变所述经整形和滤波的光束在所述待成像物体上的入射角度；以及旋转控制模块，用于控制所述旋转驱动模块的操作。

根据本公开的第四方面，所述旋转驱动模块包括：旋转台，用于在其上安装所述反射部件；第一电机模块，用于生成驱动所述旋转台旋转的驱动力；以及第一传动部件，用于将所述第一电机模块生成的驱动力传输给所述旋转台。

根据本公开的第五方面，所述全息成像装置还包括：微位移驱动模块，用于驱动所述图像传感模块在远离或靠近所述承载部件的方向上发生微位移；以及微位移控制模块，用于控制所述微位移驱动模块的操作。

根据本公开的第六方面，所述微位移驱动模块包括：包含压电材料或形状记忆合金的支撑部件，用于支撑所述图像传感模块；以及驱动电源，用于向所述压电材料或形状记忆合金通电或断电。

根据本公开的第七方面，所述微位移驱动模块包括：第二电机模块， 用于生成驱动所述图像传感模块发生微位移的驱动力；以及第二传动部件，用于将所述第二电机模块生成的驱动力传输给所述图像传感模块。

根据本公开的第八方面，提供了一种全息显微系统，包括：根据上述第一至第七方面中任一方面所述的全息成像装置；图像预处理模块，用于对所述图像传感模块记录的全息图进行图像预处理；以及图像重建模块，用于从经图像预处理的全息图，重建出所述待成像物体的实际形貌。

根据本公开的第九方面，所述图像预处理模块和图像重建模块被设置在手持终端中；所述全息显微系统还包括移动存储介质，用于在检测所述待成像物体时安装到所述全息成像装置中以存储所述图像传感模块记录的全息图，并在需要进行图像预处理时安装到所述手持终端中。

根据本公开的第十方面，所述图像预处理模块和图像重建模块被设置在手持终端中；所述全息成像装置和手持终端各自设有通信模块，用于传输所述图像传感模块记录的全息图。